Opetusmenetelmän vaikutus insinöörien matemaattisen osaamisen kehittymiseen yliopisto-opintojen alussa
Karjalainen, Mirka (2020)
Karjalainen, Mirka
2020
Matematiikan maisteriohjelma - Master´s Programme in Mathematics
Informaatioteknologian ja viestinnän tiedekunta - Faculty of Information Technology and Communication Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2020-11-13
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202011057824
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202011057824
Tiivistelmä
Tämä tutkimus käsittelee opintojensa aloittavien insinöörien matematiikan perustaitojen ja kahden ensimmäisen matematiikan opintojakson matemaattisen osaamisen kehittymistä pidemmällä aikavälillä. Tarkastelussa on erityisesti kahden eri opetusmenetelmän vaikutus matemaattisen osaamisen kehitykseen, koska tutkimuksen kohteena ovat opintojaksojen rinnakkaiset toteutukset. Tarkoituksena on lisäksi yksilöidä tarkemmin, mitkä matemaattisen osaamisen osa-alueet kehittyvät.
Tutkimuksen testiryhmän opetus on järjestetty käänteisen oppimisen keinoin. Käänteisen oppimisen perusajatus on siirtää oppimista opiskelijakeskeisempään suuntaan. Opetus ei ole luento-opetusta, vaan opiskelijalle tarjotaan joustavia oppimisympäristöjä, oppiminen on yhteisöllistä, tarjolla on oikea-aikaista tukea ja mahdollisuus edetä omaan tahtiin. Verrokkiryhmän opetus on toteutettu eräänlaisena hybridimallina, jossa opetus jakautuu puoliksi luentoihin ja puoliksi käytännön laskemiseen. Malli aktivoi opiskelijaa ja tukee oppimisen yhteisöllisyyttä, mutta sisältää edelleen perinteistä luento-opetusta.
Aineisto kerättiin lukuvuoden alussa tehdyn perustaitotestin, opintojaksojen tenttien sekä kolmannen insinöörimatematiikan opintojakson alussa järjestetyn lopputestin tuloksista. Tehtävien pisteet toimivat aineistona tutkimuksen määrälliselle analyysille. Pisteet analysoitiin käyttäen kahta tilastollista testiä. Wilcoxonin testillä testattiin ryhmän oma kehitys matemaattisessa osaamisessa ja ryhmien välinen vertailu tehtiin Mann--Whitneyn U-testillä. Tutkimuksen laadullinen puoli toteutettiin vertailuun valikoituneiden tehtävien tehtävänantoja analysoimalla, ja erottelemalla niiden mittaaman matemaattisen osaamisen ulottuvuudet sisällönanalyysin menetelmin.
Tulosten mukaan tehtävät mittasivat ainoastaan kahden matemaattisen osaamisen ulottuvuuden kehitystä useista eri osa-alueista. Opiskelijoiden matematiikan perustaitojen osaaminen kehittyi tai säilyi vähintään samana pidemmällä aikavälillä ja hybridimalli tuki hieman paremmin perustaitojen kehityksessä. Kahden ensimmäisen opintojakson sisältöjen osaamisen kehittymisen osalta havaittiin, että käänteinen oppiminen voi tukea kehitystä hybridimallia paremmin pidemmällä aikavälillä, ja hybridimalli lyhyemmällä. Tuloksista kävi myös ilmi, että matriisilaskennan osaaminen heikkeni opintojakson jälkeen kummankin ryhmän kohdalla. Tulosten perusteella tutkimusta ilmiön parissa kannattaisi jatkaa kehittäen matemaattisen osaamisen testaamista.
Tutkimuksen testiryhmän opetus on järjestetty käänteisen oppimisen keinoin. Käänteisen oppimisen perusajatus on siirtää oppimista opiskelijakeskeisempään suuntaan. Opetus ei ole luento-opetusta, vaan opiskelijalle tarjotaan joustavia oppimisympäristöjä, oppiminen on yhteisöllistä, tarjolla on oikea-aikaista tukea ja mahdollisuus edetä omaan tahtiin. Verrokkiryhmän opetus on toteutettu eräänlaisena hybridimallina, jossa opetus jakautuu puoliksi luentoihin ja puoliksi käytännön laskemiseen. Malli aktivoi opiskelijaa ja tukee oppimisen yhteisöllisyyttä, mutta sisältää edelleen perinteistä luento-opetusta.
Aineisto kerättiin lukuvuoden alussa tehdyn perustaitotestin, opintojaksojen tenttien sekä kolmannen insinöörimatematiikan opintojakson alussa järjestetyn lopputestin tuloksista. Tehtävien pisteet toimivat aineistona tutkimuksen määrälliselle analyysille. Pisteet analysoitiin käyttäen kahta tilastollista testiä. Wilcoxonin testillä testattiin ryhmän oma kehitys matemaattisessa osaamisessa ja ryhmien välinen vertailu tehtiin Mann--Whitneyn U-testillä. Tutkimuksen laadullinen puoli toteutettiin vertailuun valikoituneiden tehtävien tehtävänantoja analysoimalla, ja erottelemalla niiden mittaaman matemaattisen osaamisen ulottuvuudet sisällönanalyysin menetelmin.
Tulosten mukaan tehtävät mittasivat ainoastaan kahden matemaattisen osaamisen ulottuvuuden kehitystä useista eri osa-alueista. Opiskelijoiden matematiikan perustaitojen osaaminen kehittyi tai säilyi vähintään samana pidemmällä aikavälillä ja hybridimalli tuki hieman paremmin perustaitojen kehityksessä. Kahden ensimmäisen opintojakson sisältöjen osaamisen kehittymisen osalta havaittiin, että käänteinen oppiminen voi tukea kehitystä hybridimallia paremmin pidemmällä aikavälillä, ja hybridimalli lyhyemmällä. Tuloksista kävi myös ilmi, että matriisilaskennan osaaminen heikkeni opintojakson jälkeen kummankin ryhmän kohdalla. Tulosten perusteella tutkimusta ilmiön parissa kannattaisi jatkaa kehittäen matemaattisen osaamisen testaamista.